二線制霍爾式輪速傳感器結(jié)構(gòu)原理及檢修

◆文/山東 劉 華 王曉林

二線制霍爾式輪速傳感器結(jié)構(gòu)原理及檢修

◆文/山東 劉 華 王曉林

劉華 (本刊編委會(huì)委員)

畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)內(nèi)燃機(jī)專業(yè)，現(xiàn)為威海職業(yè)學(xué)院汽車專業(yè)教授、高級(jí)工程師，哈爾濱工業(yè)大學(xué)車輛工程專業(yè)工學(xué)碩士；山東省教學(xué)名師，全國機(jī)械行指委汽車專指委委員；《汽車柴油機(jī)電控系統(tǒng)檢修》國家級(jí)精品課、共享課負(fù)責(zé)人；“《柴油機(jī)電控高壓共軌系統(tǒng)檢修》新課程的構(gòu)建與教學(xué)實(shí)踐”省級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)第一完成人。

霍爾式傳感器與磁電式傳感器相比較，具有靈敏度高、輸出方波信號(hào)且信號(hào)幅值穩(wěn)定、抗電磁能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在測(cè)量位置、轉(zhuǎn)速等用途時(shí)，霍爾傳感器在汽車上得到廣泛的應(yīng)用(例如霍爾式曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器等)。眾所周知，汽車應(yīng)用的傳統(tǒng)霍爾傳感器為三線制，其插頭上有三個(gè)接線端子：電源、信號(hào)和搭鐵。

近年來，隨著Bosch公司8.0版本的ABS、ESP系統(tǒng)以及TRW公司EBC 450版本的ABS、ESP系統(tǒng)為許多車型配套，二線制(電源、信號(hào))霍爾式輪速傳感器得到廣泛的應(yīng)用。本文將以奇瑞A3汽車(最低配車型安裝了Bosch 8.0版本的ABS系統(tǒng)，其他車型均安裝了ESP系統(tǒng)，ABS及ESP系統(tǒng)所用的輪速傳感器相同)為例，詳細(xì)分析該車安裝的TLE4941型二線制霍爾式輪速傳感器的結(jié)構(gòu)原理及檢修方法。

一、制動(dòng)系統(tǒng)組成

奇瑞A3采用了傳統(tǒng)的液壓、盤式制動(dòng)，駐車制動(dòng)為鼓式安裝在后輪，制動(dòng)盤及制動(dòng)鼓為整體式。前輪及后輪制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 前輪制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 后輪制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

二、二線制霍爾式輪速傳感器結(jié)構(gòu)原理

1.后輪輪速傳感器

后輪輪速傳感器由傳感器自身及信號(hào)輪等兩部分組成，傳感器用一個(gè)螺釘固定在轉(zhuǎn)向節(jié)上，信號(hào)輪安裝在輪轂上，信號(hào)輪由導(dǎo)磁性材料制成且隨輪轂同步旋轉(zhuǎn)(圖3)。當(dāng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)輪同步旋轉(zhuǎn)，使穿過霍爾傳感器內(nèi)的霍爾元件磁力線密度(磁通)發(fā)生變化，根據(jù)楞次定律，則會(huì)產(chǎn)生霍爾電壓。與傳統(tǒng)的三線制的霍爾傳感器類似，后輪二線制輪速傳感器也有磁場(chǎng)，用導(dǎo)磁性材料例如螺絲刀實(shí)驗(yàn)，可以明顯感覺到吸引力。

2.前輪輪速傳感器

前輪輪速傳感器由傳感器自身及磁性轉(zhuǎn)子等兩部分組成，傳感器用一個(gè)螺釘固定在轉(zhuǎn)向節(jié)上，磁性轉(zhuǎn)子安裝在前輪軸承的端面上，隨軸承同步旋轉(zhuǎn)。磁性轉(zhuǎn)子由內(nèi)置帶磁性離子的橡膠制成的N、S極且按圓周方向均勻布置(圖4)。當(dāng)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁性轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，使穿過霍爾傳感器內(nèi)的霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，根據(jù)楞次定律，也會(huì)產(chǎn)生霍爾電壓。與傳統(tǒng)的三線制霍爾傳感器不同，前輪二線制霍爾式輪速傳感器自身無磁場(chǎng)，用導(dǎo)磁性材料例如螺絲刀實(shí)驗(yàn)，無吸引力。而磁性轉(zhuǎn)子是帶磁場(chǎng)的，用導(dǎo)磁性材料例如螺絲刀實(shí)驗(yàn)，有明顯的吸引力。

圖3 后輪輪速傳感器

圖4 前輪輪速傳感器

3.電路原理

奇瑞A3安裝的Bosch 8.0版本的ABS系統(tǒng)電路簡(jiǎn)圖(省略了相關(guān)的保險(xiǎn)、導(dǎo)線顏色、導(dǎo)線的橫截面積及連接插頭代號(hào)等)如圖5所示。

圖5 ABS系統(tǒng)電路簡(jiǎn)圖

二線制霍爾式輪速傳感器插頭只有兩個(gè)接線端子：電源與信號(hào)，其電路原理如圖6所示。該傳感器仍然需要外供電源(ABS模塊提供12V電源電壓)，通過電路改進(jìn)后將原來的信號(hào)輸出端子與搭鐵線并為一條線路。TLE4941型輪速傳感器內(nèi)部有雙霍爾板(屬于差分式)，輸出的是電流型信號(hào)，即高低電流值分別對(duì)應(yīng)傳感器的開啟與關(guān)閉。在ABS模塊內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)采樣電阻(R=75Ω±1%)，通過采樣電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并輸送給ABS模塊。

說明：若ABS模塊內(nèi)的采樣電阻及其線路存在斷路、短路故障，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在采樣電阻上就無法形成電流信號(hào)，更不能轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，從而造成ESP模塊無法接受到輪速傳感器的轉(zhuǎn)速信號(hào)，ABS故障報(bào)警燈就會(huì)常亮。

圖6 二線制霍爾式輪速傳感器電路原理圖

三、推薦檢修方法

由于二線制霍爾式輪速傳感器與傳統(tǒng)的三線制霍爾式傳感器電路原理不同，其檢修方法有很大的區(qū)別，廠家推薦的二線制霍爾式輪速傳感器檢修方法所需的檢測(cè)設(shè)備：12V直流電源(或12V蓄電池)1個(gè)、75Ω電阻1個(gè)、數(shù)字萬用表一個(gè)、示波器一個(gè)以及導(dǎo)線若干。其電路連接方式如圖7所示。

關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，拔下輪速傳感器的插頭，在傳感器側(cè)插頭(母頭)上進(jìn)行電路連接。RM的一端通過萬用表(電流檔)與輪速傳感器的1號(hào)端子連接，另一端搭鐵。

將車輛舉升后，用手慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)車輪，測(cè)量結(jié)果應(yīng)符合下列標(biāo)準(zhǔn)值：Ilow≈7.15mA、Ihigh≈14.3mA，Ulow≈0.54V、Uhigh≈1.07V。另外，可以用示波器測(cè)量輪速傳感器的電流波形，測(cè)量的電流波形應(yīng)該與圖8相吻合。但上述廠家推薦的對(duì)二線制霍爾式輪速傳感器的檢修方法比較繁瑣、復(fù)雜，不太實(shí)用。

四、簡(jiǎn)便檢修方法

通過上述對(duì)二線制霍爾式輪速傳感器的結(jié)構(gòu)原理分析，對(duì)比廠家推薦的檢修方法，下列檢修方法更簡(jiǎn)便實(shí)用。

若ABS系統(tǒng)故障時(shí)，通過診斷儀讀取故障碼及數(shù)據(jù)流，經(jīng)診斷分析確認(rèn)故障原因在于某個(gè)二線制霍爾式輪速傳感器信號(hào)異常后，首先檢查輪速傳感器的線路及ABS模塊，隨后檢查傳感器自身及其觸發(fā)信號(hào)裝置(信號(hào)輪或磁性轉(zhuǎn)子)。

圖7 廠家推薦檢修方法的電路連接

圖8 輪速傳感器的電流波形

1.外觀檢查：關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，拔下懷疑有故障的輪速傳感器插頭，檢查插頭的連接情況；檢查輪速傳感器或觸發(fā)信號(hào)裝置，觀察是否吸附了金屬鐵屑等，檢查兩者之間的間隙是否正確。

2.輪速傳感器與ABS模塊的連接線路檢查：參考圖6，用萬用表的電阻檔測(cè)量輪速傳感器線束側(cè)插頭(公頭)的兩個(gè)端子與ABS模塊對(duì)應(yīng)端子的電阻值，正常值應(yīng)小于1Ω。

3.電阻值測(cè)量：關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，拔下輪速傳感器的插頭。在傳感器側(cè)插頭(母頭)上的測(cè)量1號(hào)與2號(hào)端子之間的電阻，。在線束側(cè)插頭上測(cè)量1號(hào)端子與搭鐵之間的電阻值，標(biāo)準(zhǔn)值為75Ω±1%，該測(cè)量值為采樣電阻的電阻值(參考圖6)。

4.供電電壓測(cè)量：關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，拔下輪速傳感器的插頭。點(diǎn)火開關(guān)處于ON位置，在線束側(cè)插頭(公頭)測(cè)量2號(hào)端子的供電電壓。注意：相關(guān)線路正常情況下，此時(shí)的測(cè)量值為0。因此說明二線制霍爾式輪速傳感器在上述情況下(拔下傳感器插頭)是測(cè)量不出供電電壓的。

正確的測(cè)量方法是插上輪速傳感器的插頭，在插頭上的2號(hào)端子處插上一個(gè)大頭針(須確保大頭針與內(nèi)部的端子連接，可使用萬用表的蜂鳴檔來確認(rèn))，點(diǎn)火開關(guān)處于ON位置，用萬用表測(cè)量大頭針處的電壓值，測(cè)量值應(yīng)接近12V電源電壓。若測(cè)量值正確，說明ABS模塊的供電以及ABS模塊與輪速傳感器2號(hào)端子之間的線路正常。

5.靜態(tài)信號(hào)電壓值測(cè)量:在輪速傳感器插頭上的1號(hào)端子處插上一個(gè)大頭針，點(diǎn)火開關(guān)處于ON位置，用萬用表測(cè)量大頭針處的電壓值，測(cè)量值為0.5～1V左右。若測(cè)量值正確，說明ABS模塊與輪速傳感器1號(hào)端子之間的線路正常以及采樣電阻R及搭鐵線路正常。

6.動(dòng)態(tài)信號(hào)電壓測(cè)量：點(diǎn)火開關(guān)處于ON位置，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)車輪，用萬用表在輪速傳感器插頭上的1號(hào)端子大頭針處測(cè)量電壓，該電壓值應(yīng)該在0.5～1V左右跳躍變化。

7.信號(hào)電壓波形測(cè)量：上述檢查及電阻、電壓值測(cè)量等方法屬于簡(jiǎn)易方法，不是很精確，最好用示波器測(cè)量輪速傳感器的信號(hào)電壓波形，信號(hào)電壓波形應(yīng)為方波且應(yīng)無缺齒現(xiàn)象。波形直觀，通過分析波形更容易發(fā)現(xiàn)故障。

測(cè)量方法：點(diǎn)火開關(guān)處于ON位置，將示波器的一個(gè)連接端子與輪速傳感器插頭上的1號(hào)端子大頭針處接觸，另一個(gè)連接端子搭鐵，均勻轉(zhuǎn)動(dòng)車輪，測(cè)量輪速傳感器輸出的信號(hào)電壓波形。實(shí)測(cè)的波形如圖9所示(A通道、幅值0.5/格、周期20ms)。

圖9 實(shí)測(cè)的輪速傳感器信號(hào)電壓波形